Imusolmukkeilla on keskeinen rooli kuona-aineiden poistossa ja immuunitoiminnassa. Vuoteen 2012 asti ajateltiin, että aivoissa ei ole tällaista jätteenpoistojärjestelmää. Osoittautuu, että astrosyytit helpottavat tätä työtä.

Imusolmukkeilla on keskeinen rooli elimistössä jätteiden poistamisessa, mukaan lukien erilaiset aineenvaihduntajätteet, liukoisten proteiinien kertymät ja ylimääräinen interstitiaalinen neste. Se koostuu imusolmukkeiden verkostosta, solmukkeista ja kanavista, jotka siirtävät imusolmukkeita, kirkkaasta nesteestä, joka on täytetty jätteillä kudoksista, suodattaa ne ja palauttaa nesteen verenkiertoon. Imusolmukkeisiin kuuluvat myös perna ja kateenkorva, jotka tuottavat valkosoluja ja joilla on keskeinen rooli immuunipuolustuksessa.

Salaperäisesti, kuten huomaat alla olevasta kuvasta, imusolmukkeet pysähtyvät kaulaan. Entä aivot? Varmasti myös aivot tarvitsevat jätteenpoistojärjestelmän toimiakseen tehokkaasti. Anatomisesti imusolmukkeita ei kuitenkaan ollut löydetty, ja viime aikoihin asti ajateltiin, että aivoissa ei ollut imusolmukkeita. Sen sijaan jätteiden poiston ajateltiin tapahtuvan jonkinlaisella hajoamisprosessilla.

Astrosyyttipohjainen puhdistuma tai glymfaattinen järjestelmä

Kävi ilmi, että aivoissa on hyvin paljon imusolmukkeita – se vain näyttää erilaiselta. Aivoissa imusolmukkeiden toimintaa suorittavat astrosyytit, jotka ovat yleinen gliasolutyyppi niin sanotussa ”glymfaattisessa järjestelmässä” [1]. Näiden astrosyyttien jalat kietoutuvat aivojen verisuoniston ympärille ja ilmentävät akvaporiini-4-kanavaa, jonka avulla astrosyytit voivat siirtää CSF:ää aivoihin valtimon perivaskulaarista tilaa pitkin ja aivokudoksen interstitiaaliseen tilaan ja sitten laskimoiden perivaskulaarisiin ja perineuronaalisiin tiloihin puhdistaen liuenneita aineita neuropilistä aivokalvon ja kohdunkaulan imusolmukkeisiin.

Tämän löydön teki ensimmäisen kerran vuonna 2012 Nedergaardin laboratorio ruiskuttamalla merkkiaineita hiirten CSF:ään ja kuvantamalla ne kahden fotonin mikroskopialla erikokoisten molekyylien liikenopeuden ja puhdistuman seuraamiseksi. Näiden molekyylien havaittiin liikkuvan helposti paravaltimotilan läpi ja poistuvan laskimotilasta nopeudella, joka oli 100 kertaa nopeampi kuin diffuusionopeus, mikä viittasi aktiiviseen poistoprosessiin. Astrosyytit avaintekijöinä löydettiin käyttämällä siirtogeenisiä hiiriä, joista puuttui akvaporiini-4, joissa havaittiin 70 prosentin vähennys suurten liuenneiden aineiden, kuten amyloidi-β:n, puhdistumassa, jonka kertyminen on Alzheimerin dementian keskeinen tunnusmerkki. Tästä keskustellaan kuitenkin edelleen.

Ihmisillä on osoitettu olevan useita glymfaattisen ja aivokalvon imusolmukkeiden piirteitä. Kontrasti-MRI-menetelmää on käytetty osoittamaan, että CSF virtaa reittejä pitkin, jotka muistuttavat läheisesti jyrsijöillä kuvattua glymfaattista järjestelmää. Ihmisten glia eroaa kuitenkin merkittävästi jyrsijöiden gliasta koon ja geeniekspression sekä tiettyjen toiminnallisten ominaisuuksien suhteen. Siitä huolimatta ihmisen astrosyyteillä on myös polarisoitunutta akvaporiini-4:n ilmentymistä päätyjaloissaan. Tutkimusta tarvitaan kuitenkin vielä sen vahvistamiseksi, koskevatko jyrsijöiden glymfaattista virtausta aiheuttavat tekijät myös ihmisiä.

Aktiivinen nukkuessasi

Yksi glymfaattisen järjestelmän keskeinen piirre on, että se on pääasiassa aktiivinen unen aikana [2]. Tässä haitallisten aineenvaihduntatuotteiden, kuten amyloidi-β (Aβ), puhdistuma kaksinkertaistuu valvetilaan verrattuna. Lisäksi PET-tutkimukset ovat paljastaneet, että Aβ kerääntyy terveisiin ihmisaivoihin vain yhden yön univajeen jälkeen, mikä viittaa siihen, että ihmisen glymfaattinen reitti saattaa olla ensisijaisesti aktiivinen myös unen aikana. Amyloidi B on vain yksi aineenvaihduntatuote sadoista. Huonojen yöunien taustalla voi olla yleinen tehokkaan jätteenpoiston puute ja syynä erilaisiin henkisiin ja neurologisiin toimintahäiriöihin. Olemme jo pitkään tienneet, että uni on tärkeää aivoille. Tämä voi olla yksi merkittävä syy siihen. On järkevää, että jätteiden poisto vaatii aivojen päätoiminnan sulkemista, ehkä samaan tapaan kuin katujen siivoaminen ja roskien siirtäminen pois tapahtuu tyypillisesti silloin, kun useimmat nukkuvat, jotta vältytään päiväliikenteeltä.

Katso aiheeseen liittyvä postaus Istuvien ja univajeisten mielenterveysprofiilit.

Glymfaattinen järjestelmä ja neurologiset ja mielenterveyshäiriöt

Parhaiten tutkittu esimerkki on amyloidi β ja Alzheimerin tauti. Ihmisillä tehdyt PET-tutkimukset ovat osoittaneet, että Aβ- ja tau-merkkiaineiden CSF-puhdistuma on pienempi Alzheimerin tautia sairastavilla kuin terveillä verrokeilla. CSF-puhdistuman pieneneminen liittyi myös Aβ:n harmaan aineen pitoisuuksien kasvuun ihmisen aivoissa. Toiset ovat äskettäin kehittäneet protokollan aivojen imusolmukkeiden keräämiseksi syvien kohdunkaulan imusolmukkeiden (dcLN) afferenteista imusolmukkeista, mikä osoittaa, että se sisältää paljon enemmän metaboliitteja kuin CSF [3]. Tämä nostaa esiin mielenkiintoisia mahdollisuuksia BLF:lle herkkänä indikaattorin patologisena tilana. Hyvä tapa mitata aineenvaihduntatuotteita aivojen imunesteessä voi olla erittäin hyödyllinen yhteyksien luomisessa aivojen dynamiikkaan ja häiriintyneisiin tuloksiin.

Viittaukset

[1] Rasmussen et al., Glymfaattinen reitti neurologisissa häiriöissä Lancet Neurol. 2018 marraskuu; 17(11):1016-1024.

[2] Xie L, et ai. Uni ohjaa metaboliittien poistumista aikuisen aivoista. Tiede 2013; 342(6156): 373–7.

[3] He W. et ai., Aivojen imusolmukkeiden anatomia ja metabolomi terveydessä ja sairauksissa Brain Pathology 2019 Nov